Trójfazowy 4-gałęziowy falownik SiC w napędzie z wysokoobrotowym silnikiem indukcyjnym

• Autorzy: Giziewski Sebastian , Adamowicz Marek , Krzemiński Zbigniew

Identyfikatory

DOI

10.15199/48.2023.03.06

Warianty tytułu

EN

(hree-phase 4-leg SiC inverter for high-speed induction motor drive

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

Zastosowanie tranzystorów SiC w falownikach napędów wysokoobrotowych powoduje nowe wyzwania, szczególnie odnośnie generowanego w falowniku napięcia common mode (CM) o wysokiej częstotliwości. Wysokoczęstotliwościowe napięcie CM wchodzi w interakcję z pojemnościami pasożytniczymi falownika, kabla i silnika wymuszając przepływ prądów CM, które są źródłem strat w filtrach pasywnych oraz powodują zakłócenia pomiarów prądów, nieakceptowalne z punktu widzenia działania przekształtnika. Ze wzrostem częstotliwości rośnie poziom emisji zaburzeń elektromagnetycznych spowodowany rezonowaniem obwodu CM, a tym samym niekorzystnie rośnie masa, gabaryt i koszt dławików CM. W referacie zaproponowano zastosowanie 4-gałęziowego falownika SiC z metodą sterowania zapewniającą eliminację napięcia CM celem poprawy właściwości napędu wysokoobrotowego.

EN

The use of SiC transistors in high-speed drive inverters poses new challenges, especially with regard to the generated high-frequency common mode (CM) voltage, which interacts with the parasitic capacitances of electrical circuits and force the flow of CM currents. High frequency CM currents are the source of losses in passive filters and disturbances in current measurements, which are unacceptable for the point of view of the power converter operation. Since the emission of electromagnetic disturbances increases with the increase of frequency, and thus the weight, size and cost of CM chokes increases adversely, the paper proposes the use of a 4-leg SiC inverter to eliminate CM voltage

Słowa kluczowe

PL

falownik SiC 4-gałęziowy; SiC MOSFET; napięcie common mode; silnik wysokoobrotowy

EN

4-legm SiC inverter; SIC MOSFET; common mode voltage; high-speed motors

• Wydawca: Wydawnictwo SIGMA-NOT
• Czasopismo: Przegląd Elektrotechniczny
• Rocznik: 2023
• Tom: R. 99, nr 3
• Strony: 36--44
• Opis fizyczny: Bibliogr. 17 poz., rys.

Twórcy

autor

Giziewski Sebastian

• SGI Engineering, MMB Drives Sp. z o.o., ul. Maszynowa 26, 80-298 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0003-1197-0291

autor

Adamowicz Marek

• Politechnika Gdańska, Katedra Automatyki Napędu Elektrycznego i Konwersji Energii, ul. Gabriela Narutowicza 11/12, 80-233 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0003-0561-8697

autor

Krzemiński Zbigniew

• MMB Drives Sp. z o.o., ul. Maszynowa 26, 80-298 Gdańsk

• https://orcid.org/0000-0001-6191-308X+

Bibliografia

• [1] M. Antivachis, F. Dietz, C. Zwyssig, D. Bortis, J.W. Kolar, Novel high-speed turbo compressor with integrated inverter for fuel cell air supply, Front. Mech. Eng. 6 (2021) 1–13
• [2] Żywica G., Kaczmarczyk T. Z., Breńkacz Ł., Bogulicz M., Andrearczyk A., Bagiński P., Investigation of dynamic properties of the microturbine with a maximum rotational speed of 120 krpm–predictions and experimental tests, Journal of Vibroengineering, 22(2020) Nr 2, 298-312
• [3] Kolar J. W., Anderson J. A., Mirić, S., Haider, M., Guacci, M., Antivachis M., Bortis, D., Application of WBG Power Devices in Future 3-Φ Variable Speed Drive Inverter Systems" How to Handle a Double-Edged Sword". Proc. IEEE International Electron Devices Meeting (IEDM) (2020) 1-5
• [4] Breńkacz Ł., Bagiński P., Adamowicz M., Giziewski S., Failure analysis of a high-speed induction machine driven by a SiCinverter and operating on a common shaft with a high-speed generator, Eksploatacja i Niezawodność - Maintenance and Reliability, 24(2022), 177-185
• [5] P. Stumpf, Z. Varga, P. Bartal, R.K. Járdán, I. Nagy, Effect of subharmonics on the operation of ultrahigh speed induction machines, Proc. IEEE Industrial Electronics Conference (IECON) (2009) 426–431
• [6] Xu Y., Yuan X., Ye F., Wang Z., Zhang Y., Diab M., Zhou W.,Impact of high switching speed and high switching frequency of wide-bandgap motor drives on electric machines, IEEE Access, 9(2021), 82866-82880.
• [7] Xu Y., Liang Y., Yuan X., Wu X., Li Y., Experimental assessment of high frequency bearing currents in an induction motor driven by a SiC inverter, IEEE Access, 9(2021), 40540-40549
• [8] Han D., Morris C. T., Lee W., Sarlioglu B., Comparison between output CM chokes for SiC drive operating at 20-and 200-kHz switching frequencies. IEEE Transactions on Industry Applications, 53(2017) Nr 3, 2178-2188
• [9] Antivachis M., Niklaus P. S., Bortis D., Kolar J. W., Input/output EMI filter design for three-phase ultra-high speed motor drive GaN inverter stage, CPSS Transactions on Power Electronics and Applications, 6(2021) Nr 1, 74-92
• [10] Jiang D., Chen J., Shen Z., Common mode EMI reduction through PWM methods for three-phase motor controller, CES Trans. Electr. Machines and Systems, 3(2019), Nr 2, 133-142
• [11] Julian A. L., Oriti, G., Lipo, T. A., Elimination of common-mode voltage in three-phase sinusoidal power converters, IEEE Transactions on Power Electronics, 14 (1999), Nr 5, 982-989
• [12] Han D., Li S., Choi W., Sarlioglu B., Design, implementation, and evaluation of a GaN-based four-leg inverter with minimal common mode voltage generation, Proc. IEEE Energy Conv. Congress and Exposition (ECCE) (2017) 5383-5388
• [13] Chen R., Niu J., Gui H., Zhang Z., Wang F., Tolbert L. M., Choi B. B., Investigation of fourth-leg for common-mode noise reduction in three-level neutral point clamped inverter fed motor drive, Proc. IEEE Applied Power Electronics Conference and Exposition (APEC) (2019), 2582-2588
• [14] Liu T., Wong T. T., Shen Z. J., A survey on switching oscillations in power converters, IEEE Journal of Emerging and Selected Topics in Power Electronics, 8(2020), Nr 1, 893-908
• [15] He J., Li C., Jassal A., Thiagarajan N., Zhang Y., Prabhakaran S., Kang, X., Multi-domain design optimization of dv/dt filter for SiC-based three-phase inverters in high-frequency motor-drive applications, IEEE Transactions on Industry Applications, 55(2019), Nr 5, 5214-5222
• [16] Han D., Morris C. T., Lee W., Sarlioglu, B. Three-phase common mode inductor design and size minimization, Proc. IEEE Transportation Electrification Conference and Expo (ITEC) (2016), 1-8
• [17] Fang L., Boroyevich D., Mattevelli P., Gazel N., A comprehensive design for high power density common mode EMI inductor, Proc. IEEE Energy Conversion Congress and Exposition (ECCE) (2011), 1861-1867

Uwagi

Opracowanie rekordu ze środków MNiSW, umowa nr SONP/SP/546092/2022 w ramach programu "Społeczna odpowiedzialność nauki" - moduł: Popularyzacja nauki i promocja sportu (2024).